Al-Mg-Si-Cu-Mn汽車車身用鋁合金板材的研究.pdf

1、本研究為國(guó)家教育部重點(diǎn)項(xiàng)目“汽車車身用鋁合金板材研制”和國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目“高精度深沖鋁合金板材及相關(guān)技術(shù)開發(fā)”的部分內(nèi)容。旨在開發(fā)出一種用于汽車外車身板的新型鋁合金材料及其相應(yīng)的熱處理工藝。 在大量的實(shí)驗(yàn)研究和理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，研制出一種適用于車身板的鋁合金材料，成分為Al-1.29Mg-1.22Si-0.48Cu-0.69Mn，其余0.3Fe，0.2Zn和0.1Cr(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，同時(shí)成功地探索出一種針對(duì)6000系合金車身

2、板的預(yù)時(shí)效處理工藝。這種新合金沖壓前的n15、r15值分別為0.272和0.832，經(jīng)170℃×30min模擬烤漆后的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到了273MPa和376MPa。所有性能均超過了國(guó)家“863”項(xiàng)目制定的鋁合金車身板的性能指標(biāo)，且優(yōu)于國(guó)外的6111合金，為汽車板鋁合金材料的國(guó)產(chǎn)化奠定了基礎(chǔ)。 掃描電鏡能譜、X射線衍射、透射電鏡以及金相分析結(jié)果表明，6000系車身板合金鑄態(tài)結(jié)晶相的類型主要為Al1.9CuMg4.1Si3

3、.3(即Q相)、Al5(FeMn)Si、Al8(FeMn)2Si、Al4(MnFe)3Si2和Al5(MnFe)12Si7相及Mg2Si相，Mg含量較低時(shí)，出現(xiàn)純Si相。提高含Mg量，對(duì)于Si過剩合金，Q相增多；對(duì)于Mg過剩合金，Q相減少，但Mg2Si相均增多。提高含Mn量，在低Fe(Fe＜0.1％)合金中，形成Al4(MnFe)3Si2相，其數(shù)量隨之減少；在含F(xiàn)e量較高的合金中，不僅形成Al5(MnFe)12Si7相，還形成Al5(F

4、eMn)Si和Al8(FeMn)2Si相，且隨含Mn量的增加，Al5(FeMn)Si相數(shù)量減少，Al5(MnFe)12Si7和Al8(FeMn)2Si相增多。鑄錠均勻化處理時(shí)，Q相為可溶相；Mg2Si及Al4(MnFe)3Si2和Al5(MnFe)12Si7結(jié)晶相變化不大。但Al5(FeMn)Si發(fā)生向Al8(FeMn)2Si相的轉(zhuǎn)變，且隨含Mn量增加，轉(zhuǎn)變更完全。結(jié)晶相中的Mn、Fe或Cr具有相互替代作用。 杯突、硬度及拉伸試

5、驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，合金元素對(duì)T4(固溶水淬+自然時(shí)效兩周)和T4P(固溶水淬+短時(shí)人工時(shí)效+自然時(shí)效兩周)態(tài)(除時(shí)效硬化性能優(yōu)異的合金外)性能的影響規(guī)律基本相同。提高M(jìn)g/Si質(zhì)量比和Mn含量(Mn＜0.8％)，對(duì)Si過剩合金，其T4和T4P硬度及強(qiáng)度增大，塑性下降，不利于合金的成形性；對(duì)Mg過剩合金，T4P硬度和強(qiáng)度高于T4硬度和強(qiáng)度，合金的成形性提高。而合金元素對(duì)不同處理態(tài)人工時(shí)效硬化作用，一是通過增加含Mn量及添加微量元素Cr和T

6、i產(chǎn)生的彌散強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化增大合金的初始硬度；二是通過提高M(jìn)g2Si在基體中過飽和度以增加合金時(shí)效初期強(qiáng)化相的析出數(shù)量而促進(jìn)烤漆強(qiáng)化。T4態(tài)鋁合金車身板進(jìn)行170℃×30min模擬烤漆均出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，而合金成分對(duì)于改善這種不利影響的作用不大。相比之下預(yù)時(shí)效處理制度對(duì)烤漆硬化性的影響比合金元素的作用更有效，不僅保證在交貨條件下具有比T4態(tài)更低的屈服強(qiáng)度，有利于汽車車身覆蓋件的沖壓成形，同時(shí)促進(jìn)烤漆過程合金的顯著強(qiáng)化。 通過熱力學(xué)計(jì)

7、算得到了不同處理態(tài)合金在隨后加熱過程各亞穩(wěn)相析出激活能，證明了T4P(2.5～10min)狀態(tài)下進(jìn)行烤漆比T4態(tài)及固溶淬火態(tài)更易于獲得β"相(即獲得更高的強(qiáng)度)。綜合硬度法、電導(dǎo)率法及DSC實(shí)驗(yàn)等結(jié)果分析，揭示了合金預(yù)時(shí)效后組織中存在著大量的β"核心具有雙重作用的機(jī)制：這種尺寸較大、密度較高的β"核心降低了其周圍基體溶質(zhì)的過飽和度，抑制其在室溫下繼續(xù)形成GP區(qū)，保證了合金板材沖壓時(shí)具有較低的強(qiáng)度；同時(shí)這些β"核心在烤漆時(shí)迅速轉(zhuǎn)變成β"相